基于结构优化的客车骨架轻量化设计研究_龙江启.pdf

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1、2013年4月机械科学与技术April2013第32卷第4期MechanicalScienceandTechnologyforAerospaceEngineeringVol．32No．4基于结构优化的客车骨架轻量化设计研究12，311龙江启，李毅，俞平，周斯加123(温州大学温州325035;公安部交通管理科学研究所，芜锡214151;华南理工大学，广州510640)龙江启摘要:建立了某大型客车车身骨架FE模型，获取了自由模态参数以及静态弯曲和扭转工况下的刚度和强度特性。基于分析结果，对车身骨架结构形式进行了改进。利用优化设计方法，建立了以客车薄壁梁厚度为设计变量，车身总体

2、积和表征车身刚度的状态量为响应的优化模型。通过对影响车身轻量化和力学性能指标构件的灵敏度分析，筛选了设计变量，重新建立了以车身骨架总体积最小为目标的优化模型，得到了轻量化效果明显的优化方案。最后对轻量化模型进行典型工况分析，与初始模型进行了对比，验证了优化方案的可行性。关键词:客车骨架;轻量化;优化;灵敏度分析+中图分类号:U463．831文献标识码:A文章编号:1003-8728(2013)04-0558-06StudyontheLightweightDesignofCoachSkeletonBasedontheStructuralOptimizationMethod12

3、，311LongJiangqi，LiYi，YuPing，ZhouSijia12(WenzhouUniversity，Wenzhou325035;TrafficManagementResearchInstituteoftheMinistryofPublicSecurity，Wuxi214151;3SouthChinaUniversityofTechnology，Guangzhou510640)Abstract:TheFEmodelofcoachskeletonwasdeveloped．Thenormalmodalparameter，indicatorsforstiffness

4、andstrengthpropertiesunderstaticbendingandtorsioncasesarecalculated．Basedontheanalysisresults，thestructureconfigurationoftheskeletonwasmodifiedaccordingly．Optimizationmodelforlightweightdesignwasfor-mulated．Thethicknessesofskeletoncomponentsareselectedasdesignvariables，andthevolumeofcoachs

5、keletontogetherwiththeindicatorsforthestiffnessoftheskeletonaresetasresponses．Asensitivityanalysisisconductedtoselectthedesignvariableswhichaffectthestructuralperformancemost，followedbyanupdatedoptimizationmodelwiththeseselecteddesignvariables．Finally，alightweightschemeisproposedtoreachasi

6、gnificantweight-saving．Thefeasibilityoftheoptimizationschemeisverifiedbythecomparisonwiththeoriginalmodel．Keywords:coach-bodyframe;lightweight;optimization;sensitivityanalysis车身轻量化对节能和环保具有重要意义。除了化的设计过程中，车身结构必须满足强度、刚度、振采用新材料和新工艺外，车身轻量化主要利用优化动特性参数等要求。理论对车身结构进行优化设计。在大客车车身轻量利用有限元方法进行汽车车身骨架结构轻量

7、化［1～7］设计已有许多研究成果。本文充分利用国内外收稿日期:2012-03-14客车骨架轻量化技术研究成果，对国内某大型客车基金项目:浙江省自然科学基金项目(Y1110046)，浙江省科技计划企业的某款半承载式客车骨架进行轻量化研究与实项目(2010C31094)和温州市科技计划项目(G20100135，践，采用了先进的优化算法，充分结合企业实际和工G20100162)资助作者简介:龙江启(1974－)，副教授，博士，研究方向为汽车现代设程经验，注重优化方案在企业的可行性与可推广性。计方法和车身结构轻量化，lon